研究生“化学热力学与溶液化学”课程教学改革初探

"化学热力学与溶液化学"是我校物理化学专业研究生的基础专业课之一,具有很强的理论性和专业性,它主要研究物质系统在不同条件下的物理化学变化过程中所涉及的能量变化,及其这些能量和物质内部相互作用的规律。学好这门课,对于物理化学专业研究生理论水平和科研能力的提升都将起到极大的促进作用。本文从该课程的教学体系与内容、教学方法与手段和课程考核与评价方式等方面进行教学改革初探,以期提高本课程的教学质量,提升研究生的业务水平。

混凝土硫酸盐侵蚀化学热力学和多尺度研究进展

总结了混凝土硫酸盐侵蚀在基于化学热力学理论、微观-细观结构分析、宏观性能、多尺度分析与建模等方面的研究成果,指出现有研究多基于微观、细观和宏观的单一尺度分析混凝土硫酸盐侵蚀性能劣化,有关混凝土硫酸盐侵蚀的跨尺度和跨层次耦合关联等方面研究极少,传统混凝土硫酸盐侵蚀损伤评价指标、表征方法和量化参数难充分反映硫酸盐侵蚀损伤的多样性。基于化学热力学和多尺度理论开展混凝土硫酸盐侵蚀损伤和动态演化研究更具现实意义。

化学反应速率的一个热力学定义式——兼议I^(-)催化H_(2)O_(2)分解的两种机理

指出高中化学教材中用浓度表示的化学反应速率定义式在化学平衡的建立、平衡常数表达式的推导和有关反应机理甄别时所出现的一些“问题”,原因之一可能是定义本身的局限性和相关教学内容顺序的安排。为解决水溶液中离子反应速率问题,根据IUPAC推荐的关于化学反应速率最基本定义,从“反应进度”出发,基于热力学视角,将任-自发进行的化学反应视为“广义氧化还原反应”,导出一个化学反应速率与电动势、电导(率)等相关的新定义式。实例分析了电动势大小、方向的改变以及电导(率)对反应速率(度)的影响,评价了I^(-)催化H_(2)O_(2)分解的两种机理的可靠性。

理论化学方法阐明化学反应热力学控制与动力学控制的概念——推荐一个Diels-Alder反应的计算化学实验

设计了一个适用于化学专业高年级本科生的综合计算化学实验。该实验通过量子化学计算,研究了有机化学教材中一个典型的Diels-Alder反应,给出了反应过程的微观物理图像以及反应的热力学和动力学性质的定量信息,阐明了化学反应中热力学控制和动力学控制的基本概念。该实验旨在培养学生使用计算化学方法研究化学问题的基本技能,加深其对物质结构与性能之间关系的理解。该实验也是对学生进行辩证唯物主义世界观和方法论教育的一个具体实例,着重引导学生充分认识矛盾的普遍性,擅于用联系观和发展观分析和解决化学实际问题。

化学气相沉积生长TaC涂层的高通量热力学分析

为指导半导体高温炉构件用高纯TaC涂层的生长调控,采用Thermo-calc软件开展TaC涂层生长过程的高通量热力学模拟计算,研究了沉积温度、压强和前驱体组分比对原料利用效率和TaC涂层纯度等指标的影响。模拟结果表明,在“TaCl_(5)+C_(3)H_(6)+H_(2)”体系中,X(Ta)∶X(C)(摩尔分数比)决定了产物的物相组成,X(H)∶X(C)决定了高纯TaC涂层的形成窗口。当X(Ta)∶X(C)<1时,可以获得高质量TaC涂层,涂层中的主要杂质为游离碳,可以通过提高气氛中氢气的浓度来消除涂层中的游离碳杂质。根据模拟分析结果,推荐的反应窗口为:X(Ta)∶X(C)为0.8~1.0且X(H)∶X(C)≥400,沉积温度为1800~2100 K,沉积压强为5000~10000 Pa,可获得高纯度(>99%)和高原料利用率(>99%)的TaC涂层。

BOPPPS教学模式下的《物理化学》课程思政初探——以“热力学第二定律”为例

在“课程思政”建设理念的指导下,如何在高校教学中融入思想政治理念,实现协同育人,是目前高校教师在开展教育教学工作时的基本任务。《物理化学》是我校本科生教学中一门重要的专业基础课,为后续专业课程奠定了基础,本文将以“热力学第二定律”为例,基于BOPPPS教学模式,将理论性较强的知识点与现实融合,挖掘各教学环节中蕴含的思政素材,帮助学生树立正确的世界观、人生观和价值观,达到“立德树人”的育人目标。

PBL教学方法在物理化学课程教学中的应用探索——以热力学第一定律教学为例

随着基础科学的快速发展,传统的以教师讲授为主的授课方式已经不能很好地满足教师和学生的需求。为了更好地适应新发展趋势,提升教学质量,教师需要在教学过程中引进更为先进的教学方法。PBL教学方法是以问题为导向的新式教学法,它以学生为中心,可以提高学生在课程中的参与度,使其在课程中思维更加活跃,同时提高学生学习的主动性和目标性,做到有的放矢,激发学生的学习乐趣。本文以物理化学课程教学中热力学第一定律和热力学第二定律的“克劳修斯表述”教学为例,将教学目标和实际应用结合起来,阐述PBL教学方法的模式及优缺点。实践表明,PBL教学法降低了热力学第一定律和克劳修斯表述的理解难度,既便于学生理解和接受,也能激发学生的学习乐趣,使枯燥的课堂氛围变得更加生动有趣。

以热力学为主线的无机化学反应原理教学内容再思考

针对大学无机化学教材虽讲授热力学初步原理但应用不足的实际情况,以化学反应过程Gibbs自由能变化△rG_(m)^(Θ)为主线,处理以离子反应为特征的沉淀溶解平衡、氧化还原平衡、酸碱平衡及配位平衡,使学生从热力学角度理解和认识“化学平衡”,克服以化学反应速率动力学引入和描述“化学平衡”导致的弊端,实现对“化学平衡”本质认识及在以离子反应为特征反应体系中的应用,期待构建热力学主线下的无机化学反应原理教学内容。

基于理论归纳与逻辑梳理的物理化学教学改革研究——以绝热环境下热力学第一定律为例

针对学生在日常作业测试中对绝热环境下热力学第一定律公式计算的问题,提出一套关于绝热环境中热力学第一定律计算公式的总结。该文将绝热过程的功和方程式推导分成以下三部分进行阐述,即在绝热可逆过程中膨胀功关系式的计算、比较理想气体等温条件下的膨胀功与绝热可逆条件下的膨胀功、绝热功的求算,系统全面地阐述绝热环境中热力学第一定律计算时公式的运用,有效地提高学生对热力学第一定律的理解及应用。

药学专业物理化学课程“热力学第一定律”思政元素的挖掘及教学设计

物理化学是物理与化学的交叉学科,该学科以物理的原理和实验技术为基础研究化学体系的性质和行为,发现并建立化学体系中的特殊规律。物理化学课程是高校化学、材料、药学等专业的基础必修课,在开展课程思政方面具有得天独厚的优势。本文以“热力学第一定律”为例,梳理了与专业相关的思政元素,阐述了详细的教学设计思路及过程,以期为物理化学课程思政的实施提供教学案例和设计思路。

Fe_(2)(SiO_(3))_(3)为载氧体的甲烷化学链部分氧化制合成气的热力学研究

采用热力学软件Factsage8.1建立了以Fe_(2)(SiO_(3))_(3)为载氧体的甲烷化学链部分氧化制合成气反应模型,基于最小吉布斯自由能原理,对甲烷化学链部分氧化制合成气过程进行了热力学计算与分析;以甲烷转化率、CO选择性、H2选择性及CO_(2)选择性等指标评价Fe_(2)(SiO_(3))_(3)的反应活性,研究了Fe_(2)(SiO_(3))_(3)与甲烷摩尔比、温度及压力等条件对反应的影响,并得到了优化的反应条件。研究结果表明,优化反应条件为Fe_(2)(SiO_(3))3与甲烷摩尔比0.34、反应温度900℃、压力0.1 MPa。在此条件下,甲烷转化率为98.0%,CO选择性为99.0%,H2选择性为98.0%,CO_(2)选择性为1.0%。

物理化学基础知识在化工热力学教学中的应用

化工热力学是化学工程与工艺专业的专业核心课,它与物理化学联系紧密,后者是前者学习的基础。在化工热力学新知识点的授课中,及时引导学生回顾物理化学的相关知识点并予以阐述,强调两门课程的相互渗透,将有助于学生更好地理解和掌握化工热力学知识,提高教学质量,达到更好的教学效果。本文结合物理化学和化工热力学的课堂教学实践,就物理化学中的热力学基础知识在辅助化工热力学教学过程中的应用提出了一些实例和自己的体会。

物理化学课程化学热力学模块的教学策略探讨

化学热力学是物理化学课程的重要内容,为其他模块内容的学习以及后续很多专业课程的学习提供了理论基础。然而,该部分内容具有理论性强、知识点多、公式繁杂且限制条件多等突出特点,给刚开始进行物理化学课程学习的学生带来较大阻碍,也成为教师教学上的难点。因此,文章紧密结合化学热力学教学内容的特点,提出化学热力学模块的教学策略,包括教学内容的选择优化,教学方法的思考以及考核方式的完善等,旨在进一步提升物理化学课程的教学效果。

钙钛矿型LaFeO_(3)载氧体生物质化学链气化热力学分析及实验研究

文章针对基于LaFeO_(3)载氧体的木屑生物质化学链气化特性,开展了热力学过程模拟与分析,并搭建了固定床实验装置,研究了载氧体添加量(O/B)、气化温度和水蒸气量对合成气品质的影响。热力学分析结果表明:相比传统Fe_(2)O_(3)载氧体,LaFeO_(3)不易与合成气进一步反应,更适合生物质的化学链气化过程,且气化温度升高有利于提升合成气产率,增大LaFeO_(3)添加量也会促进合成气生成,而过多的Fe_(2)O_(3)则会进一步氧化合成气导致产气率下降;添加水蒸气可明显提高合成气中H2占比。实验结果表明,提高反应温度和载氧体添加量能够提高合成气品质,但过量水蒸气反而不利于合成气的转化。在O/B为0.6、气化温度为900℃、水蒸气流量为0.3mL/min的最佳工况下,基于LaFeO_(3)的木屑化学链气化过程的转化效率达到97.09%。研究成果可为生物质固废的能源化利用与推广提供科学依据。

一“碳”究竟:一氧化碳热力学函数性质研究——推荐一个物理化学实验

推荐一个面向本科生的结合统计热力学和计算化学的物理化学实验。利用常用量子化学软件(Gaussian09、Molpro2015)计算CO这一常见分子的结构、频率和热力学函数性质,使学生初步掌握运用量子化学软件对化学物质的热力学性质计算的基本步骤,同时利用对CO的各种配分函数和热力学量的计算,加深对统计热力学的理解。将所得计算结果与实验值相比较,互相验证,激发学生对物理化学、统计热力学和计算化学的学习兴趣,开拓学生创新思维,为之后从事科研工作打下基础。

内蒙古固阳地区角闪石等矿物分离结晶形成的新太古代TTG片麻岩——来自元素地球化学和热力学模拟的证据

内蒙古固阳地区存在大量的新太古代末期(石英)闪长质-英云闪长质-奥长花岗质-花岗闪长质(DTTG)片麻岩组合。LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素测年得到了石英闪长质片麻岩和英云闪长质片麻岩的结晶年龄分别为(2504±11)和(2514±7)Ma,在石英闪长质片麻岩中同时得到了约2.6 Ga的继承锆石年龄。这些石英闪长质(D)片麻岩具有相对较低的w(SiO_(2))(62.08%~62.62%)和Sr/Y值(23.3~39.8),w(MgO)(2.08%~3.06%)和w(TFe_(2)O_(3))(5.43%~6.01%)相对较高,不具有或具有弱的Eu负异常(Eu/Eu^(*)为0.91~0.98),轻、重稀土元素分异相对不明显((La/Yb)N为7.59~21.60),显示岛弧钙碱性岩石的地球化学特征。结合其锆石Hf同位素组成,本文认为其形成于相对低压较浅层次古老下地壳的部分熔融,同时有幔源熔体的加入。固阳新太古代末期英云闪长质-奥长花岗质(TT)片麻岩则显示较高的w(SiO_(2))(67.95%~77.01%)和Sr/Y值(120.00~941.00),相对低的w(MgO)(0.14%~1.29%)和w(TFe_(2)O_(3))(0.63%~2.66%),具有显著的Eu正异常(Eu/Eu^(*)为1.48~8.73),轻、重稀土元素分异明显((La/Yb)N为29.70~140.00)。TTG岩石一般被认为是来自水化变质玄武岩的部分熔融。而固阳新太古代末期(石英)闪长质-英云闪长质-奥长花岗质(DTT)片麻岩的地球化学特征则指示了角闪石分离结晶过程。固阳堆晶角闪石岩和奥长花岗质片麻岩的混合模拟可很好地复现出固阳地区石英闪长质片麻岩的地球化学组成。热力学模拟和微量元素的定量模拟则揭示了固阳新太古代末期英云闪长质-奥长花岗质岩石是在含水且相对低压条件下,闪长质岩浆经过多阶段分离结晶后形成,主要分离结晶矿物相为角闪石,同时伴有少量斜长石和榍石的分离结晶;其高的全岩Sr/Y、Eu/Eu^(*)值并不是指示其具有相对高压源区的充分条件。

化学热力学系统二元溶液及临界点的稳定条件

本文通过对常见的化学热力学过程方向条件的讨论,直接得出了化学热力学系统的稳定条件.然后根据该条件及某些化学热力学的基本公式,通过数学推导,分别导出了二元溶液及其临界点的稳定条件.

化学合成在工程化学的反应热力学教学中的应用

过渡金属碳化物是一种重要的工程材料,过渡金属碳化物的合成研究是基于化学反应的设计和优化。探讨将合成过渡金属碳化物的化学反应引入工程化学的教学课程,阐述化学反应在制备过渡金属碳化物等工程材料中的应用,重点分析制备过渡金属碳化物的反应热力学。科研与教学融合教学模式提高学生的学习兴趣,培养学生的创新意识和创新能力。

“由点到面”教学模式在《物理化学》课程中的运用——以热力学和电化学知识为例

因《物理化学》课程理论性强、公式多等特点,学习难度大,因此需引入新的教育教学模式,以更好地把学生培养成优秀的人才。本文基于《物理化学》课程知识特点和对学生的培养目标,并根据教学过程存在的难点,提出“由点到面”教学模式,促使学生更好地理解和掌握相关知识。同时,以热力学和电化学相关知识的教学过程为例,详细阐述了该教学模式,将各物理量有机结合,从而实现课程目标。

翻转课堂在化学热力学基础教学中的应用

化学热力学基础是物理化学重要内容之一,我校在其教学过程中开展了翻转课堂。对我校物理化学中化学热力学基础的教学现状进行了分析,从与无机化学内容衔接、利于学生逻辑能力培养方面考虑选择了翻转课堂内容,并从课前准备、课中实施、课后强化三方面阐述了翻转课堂的实施。在化学热力学基础教学中进行翻转课堂,可以解决课容量大、学生学习兴趣低的问题,有效地提高教学质量。